摘要：本文论述了泡沫玻璃这一优良绝热材料应用于建筑节能领域的可行性，并系统地阐述了泡沫玻璃保温系统的性能特点、配套辅料研究、构造设计和应用实例的热工计算，为泡沫玻璃保温系统的市场推广提供了依据。
关键词：建筑节能 泡沫玻璃 保温系统 墙体保温应用
上海永丽房地产（集团）有限公司是一家以房地产开发和建筑材料生产、销售和服务为一体的综合性集团公司，公司致力于房地产的开发和建筑节能材料的开发和研究。早在2003年上海永丽房地产（集团）有限公司就致力泡沫玻璃应用于墙体保温的研究，2005年承接了国家建设部科技项目《建筑绝热与吸声装饰泡沫玻璃规模化生产与应用技术研究》（项目编号04-02-180），该公司第一次把长期应用于石油化工领域的绝热材料——泡沫玻璃列入到了建筑节能材料予以研究并实践。经过近4年的努力，其研究成果已于2006年8月11日通过了国家建设部的科学技术成果验收（建科验字[2006]第041号）。
一、课题提出的背景和目的
随着我国建筑业的发展， 建筑节能问题日益受到重视。长期以来人们只重视控制一次性建设投资，而没有综合考虑在使用过程中的经常性支出，特别是采暖和制冷所带来的能耗费用。提高房 屋保温隔热性能可以有效地改善居住条件，并且可以节约能耗减少开支。建筑节能已成为我国可持续发展战略的一个重要组成部分。
我国现有保温材料品种虽然较多，但作为建筑保温隔热材料却十分有限。从现有的建筑用保温隔热材料的实际应用情况来看都存在着一定的缺陷。从这些材料的性能上来看存在着吸水率高、强度低、不防火、膨胀系数与混凝土或砖墙类材料不一致。从保温施工后的实际情况来看，墙面裂缝、空鼓现象严重，由于大部分材料是有机类，因而易老化、使用寿命短，这些既影响了墙面的整体美观，又存在着维修极不方便的问题。
泡沫玻璃是一种利用废玻璃作为主要原料加入适量的发泡剂、氧化剂等混合并研磨成粉末状后经熔窑高温熔融、发泡和退火冷却后制成的具有均匀蜂窝状密闭气孔结构的无机绝热材料，其技术参数见表1。
表1 泡沫玻璃的技术参数
表1 泡沫玻璃的技术参数
|
项目 |
分类 |
140 |
160 |
180 |
200 |
||||||||
|
等级 |
优等 |
合格 |
优等 |
合格 |
优等 |
合格 |
优等 |
合格 |
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|
体积密度: kg/m3 ≤ |
140 |
160 |
180 |
200 |
|||||||||
|
抗压强度: MPa ≥ |
0.6 |
0.5 |
0.7 |
0.6 |
0.8 |
0.7 |
1.0 |
0.8 |
|||||
|
抗折强度: MPa |
0.5 |
0.4 |
0.6 |
0.5 |
0.8 |
0.6 |
1.0 |
0.8 |
|||||
|
体积吸水率: % |
0.2 |
0.5 |
0.2 |
0.5 |
0.2 |
0.5 |
0.2 |
0.5 |
|||||
|
透湿系数, ng/(Pa·s·m) |
0.007 |
0.05 |
0.007 |
0.05 |
0.007 |
0.05 |
0.007 |
0.05 |
|||||
|
导热系数: W/(m·K), 298K(25℃)233K |
0.046 0.037 |
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|
燃烧性能 |
不燃A级 |
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氯离子含量(ppm) |
符合不等式 lgy≤0.123+0.677lgx 式中 y---测得的Cl离子含量(ppm)； x---测得的Na+SiO3离子含量。 |
||||||||||||
|
有害物质限量指标 |
内照射指标 |
1.00 |
|||||||||||
|
外照射指标 |
1.01 |
||||||||||||
泡沫玻璃其材料性能决定了它具有密度小、导热系数低、强度高、吸水率低、透湿系数小、隔热、防潮、不燃、耐腐蚀、防啮齿类小动物啮咬、使用寿命长等特点，同时具有使用温度范围广（使用温度为-1960C～4000C）等优良性能。
上海永丽房地产（集团）有限公司承接建设部的科技项目目的就是将泡沫玻璃这一优良的绝热材料应用于建筑保温成为现实，为社会提供优质的墙体保温材料，以解决原有保温材料所存在的缺陷，为建筑节能事业作出贡献。
一、 课题的目标和主要内容
1、课题的目标
（1） 采用同一条生产线设备，规模化地生产制造建筑绝热泡沫玻璃、吸声装饰泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三个系列的产品；
（2） 实现泡沫玻璃材料在建筑保温节能和优化居室环境上的应用，这些应用包括结构形式、施工技术的系统化和标准化以及新工艺、新品种的研究和实施。
2、课题的主要研究内容
（1） 泡沫玻璃生产规模化，提高产品成材率，努力降低生产成本；
（2） 采用同一生产线生产多品种泡沫玻璃，它包括：绝热泡沫玻璃、吸声装饰泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三个系列的产品并编制相应产品标准；
（3） 研发具有防火、抗水蒸气渗透、保温、施工简便、使用寿命长、性价比合理且符合环保要求的墙体保温系统，该保温系统饰面层无裂纹和空鼓现象。结合工程实践编写《YL绝热泡沫玻璃保温系统建筑构造》（2006沪J/T-130）和墙体保温系统标准《泡沫玻璃外墙外保温系统》（Q/ILWI 1-2006）。
（4） 探索并编制一套与墙体保温体系相适宜的施工方法。
二、 课题研究成果
1、建成单窑（一条生产线）年产能力22000m3泡沫玻璃生产线，达到了规模化生产的目标且生产成本得到明显下降；
2、在该生产线上规模化地生产制造出了建筑绝热泡沫玻璃、吸声装饰泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三大系列产品，编制完成了相应的产品企业标准，产品经上海市建筑材料及构件质量监督检验站所做的产品全性能检测（即型式检验），泡沫玻璃产品的各项指标全部达标；
3、研发了泡沫玻璃墙体保温系统的专用内外墙粘结剂、内外墙抹面砂浆等，并编制了相应的材料和系统标准，编制完成了《YL绝热泡沫玻璃保温系统建筑构造》（图集号2006沪J/T-130）；
4、通过墙体应用的实践，编制完成了泡沫玻璃外墙外保温施工工法和外墙内保温施工工法。
三、 泡沫玻璃保温系统的构造设计
永丽泡沫玻璃外保温系统是置于建筑物外墙外侧的保温及饰面系统，由泡沫玻璃保温板、专用粘结剂、（必要时在该系统使用锚栓或金属托架）、专用抹面砂浆、耐碱玻璃纤维网格布、柔性耐水腻子及涂料等组成的保温系统。专用抹面砂浆的厚度宜控制在3～5mm。该系统采用粘结固定方式与基层墙体连接，也可辅有锚栓或金属托架。
永丽泡沫玻璃外墙外保温系统构造根据其使用部位的不同，其基本构造分为：
普通型-Ⅰ（见表2）：适用于2层(或6米)以上6层(或18米) 以下的基层墙体；
加强型-Ⅰ（见表3）：适用于2层(或6米)以下基层墙体及2层以上6层(或18米)以下的门窗洞口，阴阳转角等部位；
加强型-Ⅱ（见表4）：适用于6层(或18米)以上9层(或27米)以下的基层墙体及门窗洞口，阴阳转角等部位；
加强型-Ⅲ（见表5）：适用于9层(或27米)以上的基层墙体及门窗洞口，阴阳转角等部位。
表2 普通型-Ⅰ泡沫玻璃外墙外保温系统基本构造
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系统的基本构造 |
构造示意图 |
||||
|
基层墙体 ① |
粘结层 ② |
保温层 ③ |
防护层 ④ |
饰面层 ⑤ |
|
| 混凝土墙体或各种砌体墙体+找平层 |
专用粘结剂 |
泡沫玻璃 保温板 |
专用抹面砂浆 |
柔性耐水 腻子 + 涂料 |
|
表3 加强型-Ⅰ泡沫玻璃外墙外保温系统基本构造
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系统的基本构造 |
构造示意图 |
||||
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基层墙体 ① |
粘结层 ② |
保温层 ③ |
增强防护层 ④ |
饰面层 ⑤ |
|
| 混凝土墙体或各种砌体墙体+找平层 |
专用粘结剂 |
泡沫玻璃 保温板 |
专用抹面 砂浆 复合 耐碱网布 |
柔性耐水 腻子 + 涂料 |
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表4 加强型-Ⅱ泡沫玻璃外墙外保温系统基本构造
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系统的基本构造 |
构造示意图 |
|||||
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基层墙体 ① |
粘结层 ② |
保温层 ③ |
连接件 ④ |
防护层 ⑤ |
饰面层 ⑥ |
|
| 混凝土墙体或 各种砌体墙体+找平层 |
专用粘结剂 |
泡沫玻璃 保温板 |
锚栓 |
专用抹面 砂浆 复合 耐碱网布 |
柔性耐水 腻子 + 涂料 |
|
表5 加强型-Ⅲ泡沫玻璃外墙外保温系统基本构造
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系统的基本构造 |
构造示意图 |
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基层墙体 ① |
粘结层 ② |
保温层 ③ |
连接件 ④ |
防护层 ⑤ |
饰面层 ⑥ |
|
| 混凝土墙体或各种砌体墙体+找平层 |
专用粘结剂 |
泡沫玻璃 保温板 |
锚栓 和 金属托架 |
专用抹面砂浆 复合 耐碱网布 |
柔性耐水 腻子 + 涂料 |
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四、 泡沫玻璃墙体保温的性能特点及理论依据
永 丽泡沫玻璃保温系统是一项材料应用新技术。该系统采用的保温材料是不燃烧、不吸水、无毒、防晒、使用温度范围广、抗老化且线膨胀系数与混凝土或砖墙类墙体 材料相近的泡沫玻璃。粘结材料和抹面材料均采用了由本公司专门生产提供的具有弹性、抗开裂的聚合物材料，以确保各材料性能匹配。泡沫玻璃板材尺寸大小适 宜，现场切裁方便、容易施工，该系统克服了墙面饰面层开裂、空鼓等缺陷，具有其它保温材料无法比拟的优势。
永丽泡沫玻璃保温系统的性能特点主要有以下几点：
1、 永丽泡沫玻璃保温系统具有不燃烧性，它的防火等级为不燃A级,是理想不燃绝热保温系统；
2、 永丽泡沫玻璃保温系统不产生任何有毒气体，是对人体完全无毒害的绿色环保产品；
3、 永丽泡沫玻璃保温板具有完全封闭气孔结构，是唯一具有防潮效果的硬质、低密度保温材料，其保温系统具有不吸水，不透湿的性能；
4、 永丽泡沫玻璃保温板具有较好的化学稳定性，防腐耐蚀，防啮齿类动物和昆虫破坏，特别适宜于有特殊要求的场所如博物馆、音乐厅、展览馆等；
5、 永丽泡沫玻璃保温板抗空气氧化、耐冻融性强，其保温系统具有使用寿命长，因此被誉为无需更换的绝热保温系统；
6、 永丽泡沫玻璃保温板的膨胀系数与水泥砂浆、钢筋混凝土相近，因而与这些材料结合更可靠，其保温系统不会因材料的膨胀性能与基层墙面不一致而造成裂纹；
7、 永丽泡沫玻璃保温板具有轻质高强特点，抗压强度大于0.6MPa且易切割加工成型，其保温系统的施工较为简便；
8、 永丽泡沫玻璃保温板使用温度范围广（使用温度为-1960C～4000C），其保温系统在温度变化大的环境下不产生任何变形。
上海永丽房地产（集团）有限公司经过4年多的研发，推出的永丽泡沫玻璃墙体保温系统之所以具有以上几个性能特点，除泡沫玻璃材料本身具有的独特性能外还在于：
1、 永丽泡沫玻璃为无机硬质材料，它的线膨胀系数为8×10-6m/(m﹒K)，仅为有机绝热材料的1/10~1/5，而且完全可逆，所以材料性能长期不变， 不易脆化，尺寸稳定性好。因此在实际使用中，不会出现因膨胀和收缩而产生裂缝或变形破坏。所以只要选择合理的匹配的保护层及饰面层，可以说泡沫玻璃保温系 统是与建筑物同寿命的保温体系。
2、永丽泡沫玻璃在与基层墙体粘结时采用点粘法，要求涂浆面积为板材的40%~70%，这样既有效保证泡沫玻璃板材与墙面的粘结强度，又形成了一定的空腔，有利于潮气的排除。
3、 永丽泡沫玻璃外墙外保温系统在整个构造设计中，充分考虑了系统中各材料的相容性以及相邻构造层的弹性模量变化指标的匹配性，专用抹面砂浆保证一定的柔韧性 以便释放变形应力。由于泡沫玻璃为硬质无机材料，所以在普通构造中取消了网格布，只是在增强构造或门窗洞口等特殊部位增加网格布以分散变形应力，防止开 裂。在做涂料饰面层时，要求专用抹面砂浆层、腻子层、涂料层的柔韧变形性逐渐增大，以防止饰面层的裂纹产生。
五、 永丽泡沫玻璃保温系统应用实例的热工计算及节能检测
案例一：2003年上海永丽房地产（集团）有限公司在上海汇丽苑住宅小区的建设中将其中的13#楼作为试验，采用了泡沫玻璃作为外墙外保温和屋面保温材料，建成后经中国建筑设计研究院住宅实验室进行了住宅性能检测（检测时间为2003年8月22日~9月16日），检测数据和结论如下：
1、外墙传热系数计算：
（1）试验楼外墙的构造
试验楼为模卡砌块样板楼，外墙采用混凝土模卡砌块砌筑，砌块厚度190mm，外覆30mm泡沫玻璃保温层，内外表面用水泥砂浆抹面，外表面涂覆外墙弹性涂料，墙体总厚度270mm。
（2）计算依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
（3）假设条件
a）忽略外墙涂料厚度，假定内外表面水泥砂浆抹面层的总厚度为50mm；
b）泡沫玻璃的导热系数取λ=0.064W/m·K。
（4）传热系数K
据混凝土模卡砌块开发单位——上海市房屋建筑设计院的资料，混凝土模卡砌块的墙体传热系数K=2.88 W/m2·K
墙体传热系数：
|
K= |
1 |
（1） |
||
|
Ri+Σ |
d |
+Re |
||
| |
λ |
|||
Ri——内表面换热阻，对于墙面：Ri=0.11 m2·K/W
Re——外表面换热阻，对于冬季外墙：Re=0.04 m2·K/W
将以上条件代入式（1），则对于模卡砌块：
d1/λ1=(1/2.88)-(0.11+0.04)=0.20 m2·K/W
泡沫玻璃厚度d2=0.03m，导热系数λ2=0.064 W/m·K
水泥砂浆抹面层总厚度d3=0.05m，导热系数λ3=0.93 W/m·K
将以上数据代入式（1），则外墙传热系数：
|
K= |
1 |
||||
|
0.11+0.20+ |
0.03 |
+ |
0.05 |
+0.04 |
|
| |
0.064 |
0.93 |
|||
计算结果：试验楼的外墙传热系数K=1.15 W/m2·K
根据建设部颁布的商品住宅性能标准的规定，对于夏热冬冷地区，3A级商品住宅外墙的传热系数K≤1.5 W/m2·K，试验楼的外墙K值达到此要求。
2、屋面传热系数计算：
（1）试验楼屋面的构造
试验楼屋面做法如下：钢筋陶粒混凝土屋面板100mm厚，聚氨酯防水涂料2mm厚，50mm泡沫玻璃保温板50mm厚，蛭石混凝土找平层40mm厚，沥青瓦片。
（2）计算依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
（3）假设条件
a）忽略防水涂料和沥青瓦的厚度；
b）泡沫玻璃的导热系数取λ=0.064W/m·K。
（4）传热系数K
|
K= |
1 |
（1） |
||
|
Ri+Σ |
d |
+Re |
||
| |
λ |
|||
Ri——内表面换热阻，对于墙面：Ri=0.11 m2·K/W
Re——外表面换热阻，对于冬季外墙：Re=0.04 m2·K/W
陶粒混凝土屋面板厚度d1=0.1m，导热系数λ1=0.70 W/m·K
泡沫玻璃厚度d2=0.05m，导热系数λ2=0.064 W/m·K
水泥砂浆抹面层总厚度d3=0.04m，导热系数λ3=1.28 W/m·K
将以上数据代入式（1），则屋面传热系数：
|
K= |
1 |
||||||
|
0.11+ |
0.1 |
+ |
0.05 |
+ |
0.05 |
+0.04 |
|
| |
0.7 |
0.064 |
0.93 |
||||
计算结果：试验楼的屋面传热系数K=0.90 W/m2·K
根据建设部颁布的商品住宅性能标准的规定，对于夏热冬冷地区，3A级商品住宅屋面的传热系数K≤1.0 W/m2·K，试验楼的屋面K值达到此要求。
案例二：2006年初永丽房地产（集团）有限公司又对汤臣金属制品有限公司的办公楼、综合楼和员工宿舍楼进行了外墙外保温实践，检测数据和结论如下：
1、体形系数
|
设计体形系数 |
0.27 |
|
标准*要求 |
0.35 |
|
是否符合标准要求 |
符合 |
*注：标准指《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JG134-2001）
2、外墙
（1）外墙部位1
|
材料名称 |
厚度 mm |
导热系数 W/(mK) |
蓄热系数 W/(㎡K) |
热阻 (㎡K)/W |
热惰性指标 D=R﹒S |
|
泡沫玻璃 |
35 |
0.068 |
0.89 |
0.513 |
0.457 |
|
水泥砂浆 |
20 |
0.93 |
11.37 |
0.022 |
0.245 |
|
多孔粘土砖 |
240 |
0.69 |
8.49 |
0.375 |
3.184 |
|
混合砂浆 |
20 |
0.87 |
10.75 |
0.023 |
0.247 |
|
各层之和 |
- |
- |
- |
∑R =0.93 |
∑RD=4.13 |
|
传热系数K=1/(0.11+∑R+0.4) W/(㎡K) |
0.93 |
||||
|
标准要求 |
D≥3.0 K≤1.5 2.5≤D＜3.0 K≤1.0 内表面最高计算温度≤36.1℃ |
||||
|
是否符合标准要求 |
符合 |
||||
（2）外墙部位2
|
材料名称 |
厚度 mm |
导热系数 W/(mK) |
蓄热系数 W/(㎡K) |
热阻 (㎡K)/W |
热惰性指标 D=R﹒S |
|
泡沫玻璃 |
35 |
0.068 |
0.89 |
0.513 |
0.457 |
|
水泥砂浆 |
20 |
0.93 |
11.37 |
0.022 |
0.245 |
|
钢筋混凝土 |
240 |
1.74 |
17.2 |
0.138 |
2.372 |
|
混合砂浆 |
20 |
0.87 |
10.75 |
0.023 |
0.247 |
|
各层之和 |
- |
- |
- |
∑R =0.70 |
∑RD=3.32 |
|
传热系数K=1/(0.11+∑R+0.4) W/(㎡K) |
1.18 |
||||
|
标准要求 |
D≥3.0 K≤1.5 2.5≤D＜3.0 K≤1.0 内表面最高计算温度≤36.1℃ |
||||
|
是否符合标准要求 |
符合 |
||||
外墙平均传热系数（Km）
| 外墙 |
南向 |
北向 |
东向 |
西向 |
| 平均传热系数W/(㎡K) |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
| 平均热惰性指标 |
3.90 |
3.90 |
3.90 |
3.90 |
| 是否符合标准要求 |
符合 |
符合 |
符合 |
符合 |
根据上海市工程建设规范《住宅建筑节能检测评估标准》（DG/TJ08-801-2004 J10373-2004）要求，采用DeST-e能耗评估软件，判定采用35mm厚泡沫玻璃外墙外保温达到节能要求。
